无机非考试习题.docx
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无机非考试习题
宏观对称要素：
对称轴（Ln），对称面（P），对称中心（C），旋转反伸轴（Lni）
对称操作：
使晶体相同部分有规律的重复所进行的操作。
（旋转，反映，反伸，旋转和反伸）
对称型的符号：
Ln、P、C、Lni、
晶体的分类标准：
根据晶体的对称性进行分类。
三大晶族和七大晶系：
低级晶族、中级晶族、高级晶族。
等轴晶系a=b=c，α=β=γ=900
四方晶系a=b≠c,α=β=γ=900
三方及六方晶系a=b≠c,α=β=90γ=1200
斜方晶系a≠b≠c,α=β=γ=900
单斜晶系a≠b≠c,α=β=90γ≠900
三斜晶系a≠b≠cα≠β≠γ≠900
空间群：
指在一个晶体结构中所存在的一切对称要素的集合。
点群：
又名对称型，是指宏观晶体中对称要素的集合。
切线规则：
将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交，如
交点在连线上，则表示界线上该处具有共熔性质；如交点在连线的延长线上，则表示界线上该处具有转熔性质，远离交点的晶相被回吸。
连线规则：
将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
重心规则：
如无变量点处于其相应的副三角形的重心位，则该无变量点为低共熔点；如无变量点处于其相应的副三角形的交叉位，则该无变量点为单转熔点；如无变量点出于其相应的副三角形的共轭位，则该无变量点为双转熔点。
三角形规则：
原始熔体组成点所在三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
均匀成核是晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。
（2.5分）
非均匀成核：
是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程.
一致熔融化合物是一种稳定的化合物，与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，产生的液相与化合物组成相同。
不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。
本征扩散：
空位来源于晶体结构中本征热缺陷，由此而引起的质点迁移。
非本征扩散：
受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所
控制的扩散。
或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。
不稳定扩散：
扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。
这种扩散称为不稳定扩散。
稳定扩散：
若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。
这种扩散称稳定扩散。
晶粒生长，二次再结晶
晶粒生长：
平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的
过程。
二次再结晶：
是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。
肖特基缺陷：
如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这即是肖特基缺陷。
弗伦克尔缺陷：
在晶格内原子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
晶胞参数：
表示晶胞的形状和大小可用六个参数即三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角α、β、γ即为晶胞参数.
晶胞：
从晶体结构中取出来的以反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。
同质多晶：
化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象。
多晶转变：
当外界条件改变到一定程度时，晶体会从一种变体变成另一种变体。
六方紧密堆积和面心立方紧密堆积的空隙率相同，均为25.95%。
体心立方堆积的空隙率为31.98%。
多晶转变的类型及特点：
（1）根据多晶转变前后晶体结构的变化程度和转变速度，多晶转变可分为位移性转变和重建性转变。
（2）根据多晶转变的方向，多晶转变可分为可逆转变（双向转变）和不可逆转变（单向转变）。
重建性转变——这种转变破坏原有的原子间的化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样。
所需的能量较高、转变速度较慢
位移性转变——又称高低温转变，这种转变不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生转变。
这类转变所需的能量较低、转变速度较快，并且在一个确定的温度下完成。
配位数：
在晶体结构中，一个原子或离子周围与其直接相邻的原子或异号离子的个数。
配位多面体：
在晶体结构中，与某一个阳离子直接相邻，形成配位关系的各个阴离子的中心连线所构成的多面体。
点缺陷：
三维方向上缺陷尺寸都很小。
如空位、间隙原子、杂质原子。
缺陷的符号：
M原子：
V..M，Mi，Mx
位错的分类
刃位错：
若一个晶面在晶体内部突然终止于某一条线处，则称这种不规则排列为一个刃位错。
伯氏矢量方向垂直于位错线的方向
螺位错:
原子不规则排列结构称为一个螺位错.伯氏矢量平行于其位错线方向
固溶体的分类
A按杂质原子在固溶体中的位置分类
置换固溶体：
杂质原子进入晶体中正常格点的位置所生成的固溶体。
间隙固溶体：
杂质原子进入溶剂晶格中的间隙位置所生成的固溶体
B按杂质原子在晶体中的溶解度分类
有限固溶体：
杂质原子在固溶体中的溶解度是有限的。
无限固溶体：
溶质和溶剂两种晶体可以按任意比例无限制的相互固溶。
影响置换型固溶体中溶质离子溶解度的因素
1.离子尺寸因素
2.离子的电价因素
3.晶体的结构因素
4.电负性因素
为什么等轴晶系有原始、面心、体心格子，而没有单面心格子？
（4分）
因为从结构分布看，单面心格子不符合立方格子所固有的4L3的对称性。
晶体的一般特点是:
自限性:
晶体物质在适宜的外界条件下能自发形成几何多面体的外形。
均一性和异向性：
由于内部质点周期性重复排列，晶体的任何部分的性质都是一样的。
在同一晶体的不同方向上，质点排列一般是不同的，因此表现出不同的性质。
晶体性质随方向而异的性质称为晶体的异向性。
对称性：
晶体的相同部分有规律的重复，既包括几何要素，也包括物理性质。
最小内能和最大稳定性：
因为规则排列质点间的引力和斥力达到平衡，在相同的热力学条件下，晶体的内能比同种化学成分的气体、液体以及非晶质体都要小。
对于化学组成相同但处于不同物态下的物体而言，以晶体最为稳定。
试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。
金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用转化率很大情况下的固相反应。
两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
硅酸盐熔体结构特点：
熔体内部存在着近程有序区域，熔体是由晶体在高温分化的聚合体构成。
熔体内部的聚合体的种类大小和数量随熔体的组成和温度而变化。
粘度：
相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动的摩擦力。
表面张力：
将表面增大一个单位长度所需要的力
表面能：
将表面增大一个单位面积所需做的功。
玻璃网络形成体：
其单键强度大于335KJ/mol。
这类氧化物能单独形成玻璃。
网络变性体：
其单键强度小于250KJ/mol。
这类氧化物不能形成玻璃，但能改变网络结构，从而使玻璃性质改变。
中间体：
其作用介于玻璃形成体和网络变性体两者之间。
冷却速率（dT/dt）C=▲Tn/tn▲Tn=Tm-Tn▲Tn为过冷度；Tn和tn分别为3T曲线头部之点的温度和时间。
临界冷却速率大，则形成玻璃困难而析晶容易。
离子晶体表面双电层的形成，对其表面性能的影响：
弯曲液面附加压力的定义：
由于液体表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附加压力。
弯曲表面的附加压力▲P总是指向曲面的曲率中心，曲面凸为正值，曲面凹为负值。
1.影响固相反应的因素有那些？
答：
影响固相反应的因素有反应物化学组成与结构的影响；颗粒度和分布影响；反应温度、压力、气氛影响；矿化剂及其他影响因素。
2.说明影响扩散的因素？
化学键：
共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。
金属键离子键以空位扩散为主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。
缺陷：
缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。
温度：
D=D0exp（-Q/RT）Q不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。
Q越大温度变化对扩散系数越敏感。
杂质：
杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。
扩散物质的性质：
扩散质点和介质的性质差异大利于扩散。
扩散介质的结构：
结构紧密不利扩散。
3.试解释说明为什么在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+，但Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+？
（（配位数为6时，S14＋、A13＋和O2－的离子半径分别为0.40Å、0.53Å和1.40Å；配位数为4时，一离子半径依次为0.26Å、0.40Å和1.38Å））。
（8分）
答：
CN=4,rAl3+/ro2-=0.4/1.38=0.29,Al3+四配位稳定，故在硅酸盐结构中Al3+经常取代[SiO4]中Si4+形成[AlO4]；（4分）CN=6，rSi4+/ro2-=0.4/1.4=0.29,Si4+四配位稳定，六配位不稳定，故在硅酸盐结构中Si4+一般不会置换[AlO6]中的Al3+，形成[SiO6]。
4.网络变性体（如Na2O）加到石英玻璃中，使硅氧比增加。
实验观察到当O/Si=2.5~3时，即达到形成玻璃的极限，根据结构解释为什么在2（8分）
答：
在25.什么是润湿？
改善润湿的方法有那些？
（9分）
润湿：
固体与液体接触后，体系（固体+液体）的吉布斯自由能降低时，就称润湿。
改善润湿的方法有：
①降低γSLS、V两相组成尽量接近；
②降低γLV在液相中加表面活性剂；
③提高γSV去除固体表面吸附膜；
④改变粗糙度。
6.说明影响烧结的因素？
（1）粉末的粒度。
细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。
（2）外加剂的作用。
在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。
（3）烧结温度：
晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。
（4）保温时间：
高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。
（5）气氛的影响：
氧化，还原，中性。
（6）成形压力影响：
一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。
（7）物料活性的影响
7.简述硅酸盐晶体结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状。
离子晶体结构的特点：
阴离子作密堆积，阳离子填充空隙。
硅酸盐晶体结构分类的原则：
结构中硅氧四面体的连接方式。
各类结构中硅氧四面体的形状：
岛状：
硅氧四面体孤立存在；
组群状：
硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧相连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子连接；
链状：
硅氧四面体通过共用氧相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间由其它阳离子连接；
层状：
硅氧四面体通过三个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层；
架状：
每个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶，形成三维空间结构。
桥氧：
玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。
反之，仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧
体心：
原子数2面心：
原子数4六方：
原子数6
面心密度=4M/（a03*6.023*1023），V=a03=（2√2R）3
六方V=a02c*（√3/2）
=（2R）2*（√8/3*2R）*√3/2
=8√2R3
体心V=a30=（4R/√3）3
8.试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化,解释硼酸盐玻璃的硼反常现象？
硼反常现象：
硼酸盐玻璃随Na2O含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。
当Na2O含量达到15%~16%时，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，这种反常过程称硼反常现象。
B2O3中加入Na2O后,Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随R2O或RO加入量的变化规律相反。
9.在硅酸盐晶体结构中，[SiO4]四面体或孤立存在，或共顶连接，而不共棱，更不共面，解释之。
（9分）
在硅酸盐晶体结构中，[SiO4]四面体中的Si4+是高电价低配位的阳离子，以共棱、共面方式存在时，两个中心阳离子（Si4+）间距离较近、排斥力较大，所以不稳定，而孤立存在，或共顶连接。
12.MoO3和CaCO3反应时，反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响，
当MoO3：
CaCO3=1：
1，rMoO3=0.036㎜,rCaCO3=0.13㎜时,反应扩
散控制的。
当MoO3：
CaCO3=1：
15，rCaCO3﹤0.03㎜时，反应由升
华控制，试解释这种现象。
当MoO3的粒径r1为0.036mm，CaCO3的粒径r2为0.13mm时,CaCO3颗粒较大且大于MoO3，生成的产物层较厚，扩散阻力较大，所以反应由扩散控制，反应速率随着CaCO3颗粒度减小而加速，当r21、a=b≠cα=β=900，γ=1200的晶体属（六方）晶系。
2、晶体的对称要素中宏观晶体中可能出现的对称要素种类有（对称中心）、（对称面）、（对称轴）、（倒转轴）。
3、六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（（0001））面，立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（（111））面。
4、TiO2在还原气氛中可形成（阴离子缺位型）型非计量化合物，可形成（n）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（反比），如果减少周围氧气的分压，TiO2-x的密度将（减小）。
5形成连续固溶体的条件是（│（rl-r2）/rl│<15％）、（相同的晶体结构类型）和（离子价相同或离子价总和相等）。
6.晶体的热缺陷有（弗伦克尔缺陷）和（肖特基缺陷）两类，热缺
陷浓度与温度的关系式为（n/N=exp（-∆Gf/2kT））。
7.黏土带电荷的主要原因是（黏土晶格内离子的同晶置换）、（黏土边面断裂）和（黏土内腐殖质离解），黏土所带静电荷为（负）。
1.烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，产生这四种传质的原因依次为（压力差）、（空位浓度差）、（应力-应变）和（溶解度）。
2.均匀成核的成核速率Iv由（受核化位垒影响的成核率因子）和（受原子扩散影响的成核率因子）因子所决定的。
3.菲克第一定律的应用条件是（稳定扩散），菲克第二定律的应用条件是（不稳定扩散）。
4.液-固相变过程的推动力为（过冷度）、（过饱和浓度）和（过饱和蒸汽压）。
5. 固体内粒子的主要迁移方式有（空位机构）、（间隙机构）。
6.如晶体纯度降低，扩散系数与温度关系曲线中本征与非本征扩散的转折点（向左）。
7.合成镁铝尖晶石，可选择的原料为MgCO3,MgO,γ-Al2O3,α
-Al2O3,从提高反应速率的角度出发选择（MgCO3），（α-Al2O3）
原料较好。
8.在均匀成核时，临界成核位垒ΔGk=（1/3Akγ）,其值相当于（新
相界面能的1/3）具有临界半径rk的粒子数nk/N=（exp（-ΔGk/RT））。
9.液-固相变时，非均匀成核位垒与接触角θ有关，当θ为（180º）
时，非均匀成核位垒与均匀成核位垒相等。
10.成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热，相变才能
发生，在（相变过程放热）情况下需要过冷。
11.在制硅砖时，加入氧化铁和氧化钙的原因（作为矿化剂，产生
不同晶型石英溶解度不同的液相），能否加入氧化铝（不能）。
11.在液相线以下的分相区的亚稳区内，其分解机理为（成核-生
长机理），新相成（孤立的球形颗粒）状，不稳定区的分解机理为（旋节分解区），新相成（高度连续性的非球形颗粒）状。
1、黏土带电荷的主要原因是（黏土晶格内离子的同晶置换）、（黏土边面断裂）和（黏土内腐殖质离解），黏土所带静电荷为（负）。
2、晶体的对称要素中微观对称要素种类有（平移轴）、（像移面）、
（螺旋轴）。
3、由于（不等价置换）的结果，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷”，组分缺陷的浓度主要取决于：
（搀杂量（溶质数量））和（固溶度）。
4、UO2+x在氧化气氛中可形成（阴离子间隙型）型非计量化合物，可形成（P）型半导体，缺陷浓度与氧分压的1/6次方成（正比），如果减少周围氧气的分压，UO2+x的密度将（增大）。
5、b与位错线（垂直）的位错称为刃位错，可用符号（┴）表示；
b与位错线（平行）的位错称为螺位错，可用符号（）表示。
6、a=b≠cα=β=900，γ=1200的晶体属（六方）晶系。
7、立方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（（111））面，六方紧密堆积的原子密排面是晶体中的（（0001））面。
8、为使瘠性料泥浆悬浮，一般常用的两种方法是（控制料浆的pH值）和（有机表面活性物质的吸附）
用图例说明过冷度对核化、晶化速率和晶粒尺寸等的影响，如无析晶区又要使其析晶应采取什么措施？
要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃应采取什么措施？
（8分）
答：
过冷度过大或过小对成核与生长速率均不利，只有在一定过冷度下才能有最大成核和生长速率，如下图。
若ΔT大，控制在成核率较大处析晶，易得晶粒多而尺寸小的细晶；
若ΔT小，控制在生长速率较大处析晶则容易获得晶粒少而尺寸大的粗晶；
如果成核与生长两曲线完全分开而不重叠，则无析晶区，该熔体易形成玻璃而不易析晶；若要使其在一定过冷度下析晶，一般采用移动成核曲线的位置，使它向生长曲线靠拢。
可以用加人适当的核化剂，使成核位垒降低，用非均匀成核代替均匀成核。
使两曲线重叠而容易析晶。
要使自发析晶能力大的熔体形成玻璃，采取增加冷却速度以迅速越过析晶区的方法，使熔体来不及析晶而玻璃化。
三、计算题（10分）
在CaF2晶体中，肖特基缺陷的生成能为5.5ev，计算在1600℃时热缺陷的浓度。
如果CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3杂质，则在1600℃时CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？
（玻尔兹曼常数k=1.38×10-23、电子的电荷e=1.602×10-19）
解：
因为n/N=exp（-∆Gf/2kT）
∆Gf=5.5×1.602×10-19=8.817×10-19JT=1600+273=1873K
所以n/N=exp（-8.817×10-19/2×1.38×10-23×1873）=exp（-17.056）=3.9×10-8（5分）
在CaF2晶体中，含有百万分之一的YF3杂质，缺陷方程如下：
YF3CaF2Y.Ca+F,i+2FF
此时产生的缺陷为
，
=10-6大于热缺陷浓度3.9×10-8，故在1873K时杂质缺陷占优势
五、计算题（10分）
有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号
Na2Omol％
Al2O3mol％
SiO2mol％
1
10
12
78
2
20
6
74
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
解：
（1）玻璃：
Na2O/Al2O3=10/12<1，所以Al3+在玻璃中起网络变性离子的作用
R1=（10+12*3+78*2）/78=2.59X1=2*2.59-4=1.18Y1=4-1.18=2.82
（2）玻璃：
Na2O/Al2O3=20/6>1，所以Al3+在玻璃中起网络形成离子的作用
R2=（20+6*3+74*2）/（74+6*2）=2.16X2=2*2.16-4=0.32
Y2=4-0.32=3.68因而Y1R2
即
（2）玻璃桥氧分数大于
（1）,O/Si比小于
（1）玻璃,所以在高温下
（1）熔体黏度小于
（2）.
下图为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生
产有一定的参考价值。
试：
（1）画出有意义的付三角形；
（2）用单、双箭头表示界线的性质；
（3）说明F、H、K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；
（4）分析M#熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；
（5）并说明硅酸盐水泥熟料落在小圆圈内的理由；
（6）为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？
（20分）
解：
1、如图所示；2、如图所示;
3、F点低共熔点，LF→C3A+C12A7+C2S（1.5分）
H点单转熔点，LH+CaO→C3A+C3S（1.5分）
K点单转熔点，LK+C3S→C3A+C2S（1.5分）
4、M点：
L→C2SL→C2S+C3SL+C2S→C3S
液：
M---→a--------→y---------→K始（LK+C3S→C2S+C3A）→K终
f=2f=1f=1f=0
C2SC2S+C3SC2S+C3SC2S+C3S+C3A
固：
D---→D----→b----→d---------→M（4分）
5、因为硅酸盐水泥熟料中三个主要矿物是C3S、C2S、C3A。
根据三角形规则，只有当组成点落在C3S-C2S-C3A付三角形中，烧成以后才能得到这三种矿物。
从早期强度和后期强度、水化速度、矿物的形成条件等因素考虑，水泥熟料C3S的含量应当最高，C2S次之，C3A最少。
根据杠杆规则，水泥熟料的组成点应当位于C3S-C2S-C3A付三角形中小圆圈内。
6、因为缓慢冷却到K点，可以通过转熔反应L+C2S→C3S得到尽可能多的C3S。
到达K点后，急剧冷却到室温，可以
（1）防止C3S含量降低，因为K点的转熔反应LK+C3S→C2S+C3A；
（2）使C2S生成水硬性的β-C2S，而不是非水硬性的γ-C2S；（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。
四、计算题（15分）
CeO2为萤石结构，其中加入0.15molCaO形成固溶体,实验测得固溶体晶胞参数a0=0.542nm,测得固溶体密度ρ=6.54g/cm3,试计算说明固溶体的类型？
（其中Ce=140.12,Ca=40.08,O=16）
Dt=W/V
W=EWi=（位置数*占据分数*原子量）/6.02*1023
V=a3
CaOCeO2Ca”Ce+V..O+Oo
（1）
CaOCeO2Ca,,Ce+Ca..i+2OO
（2）
（1）式固溶式为：
Ce0.85Ca0.15O1.85
（2）式固溶式为：
Ce0.925Ca0.15O2
实测D＝6.54g/cm3，接近D01，说明方程
（1）合理，固溶体
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